粒细胞集落刺激因子受体调控造血干细胞功能和慢性髓系白血病发病进程的研究

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造血干细胞(hematopoietic stem cells,HSCs)是一类具有自我更新和分化为所有成熟造血细胞的多能干细胞,能够长期维持造血系统的稳定性。在骨髓中,成体造血干细胞的生理功能受到其自身的内在因素以及骨髓微环境(Bone marrow niche,BM niche)等外在因素的共同调节。其中,由骨髓微环境细胞分泌的一系列因子,如:GCSF、CXCL12、IL-3、SCF等,参与调控造血干细胞的自我更新、增殖、分化、动员等重要生理活动。本课题利用常规基因敲除技术构建粒细胞集落刺激因子受体(Granulocyte colony-stimulating factor receptor,GCSFR又称为Csf3r)缺失的纯合C57BL/6J小鼠,研究GCSF-GCSFR介导的信号通路参与调控造血干细胞功能的机理。文章分为四个部分:(1)利用流式细胞术分析Csf3r-/-小鼠各造血组织和器官中血液细胞的变化;(2)分析Csf3r-/-小鼠造血干细胞的功能变化;(3)构建三种骨髓移植模型探究Csf3r-/-BM Niche以及Csf3r-/-HSCs对重建造血系统的影响;(4)探究删除Csf3r基因对慢性髓系白血病(Chronic myeloid leukemia,CML)急性发病期的影响。研究结果表明:(1)Csf3r-/-会引起成年小鼠造血系统失衡,表现为:骨髓中长效造血干细胞(Long-term hematopoietic stem cell,LT-HSC)减少,粒系-巨噬系祖细胞(Granulocyte macrophage progenitor,GMP)减少、共同髓系祖细胞(Common myeloid progenitor cell,CMP)和巨核系-红系祖细胞(Megakaryocyte-erythroid progenitor cell,MEP)增多;脾脏、外周血以及骨髓中的髓系和粒系细胞减少。(2)更有趣的是,在Csf3r-/-小鼠骨髓内环境稳态下,共同淋巴系祖细胞(Common lymphoid progenitor cell,CLP)、祖B细胞(progenitor B cells,pro-B)、前体B细胞和未成熟B细胞(pre+immature B)细胞增多,但这种累积现象未在脾脏和外周血中发现。(3)随后,我们通过克隆集落形成(colony forming units,CFU)和Brd U标记实验分析造血干/祖细胞功能的变化,与野生型(Wild type,WT)相比,Csf3r-/-造血干/祖细胞分化形成的克隆集落异常,表现为CFU-E、BFU-E、CFU-G和CFU-GM克隆集落数量降低,CFU-M和CFU-Mix(CFU-GEMM)克隆集落数量增多;造血干细胞的增殖速率降低。(4)在构建的三种骨髓移植模型中,我们发现,(1)Csf3r-/-BM niche不影响正常造血干细胞长期重建造血系统的能力,但短期的恢复能力较弱;(2)相比WT HSCs,Csf3r-/-HSCs竞争性重建造血系统的能力受损;(3)非竞争性造血的条件下,Csf3r-/-HSCs重建造血系统的能力存在严重缺陷,引起小鼠的体重降低、甚至诱发死亡。(5)最后,我们将BCR-ABL1癌基因导入WT或Csf3r-/-骨髓细胞,构建慢性髓系白血病细胞株并移植到C57BL/6小鼠体内,观察白血病的发病情况。我们发现Csf3r-/-/BCR-ABL1实验组发病程度较WT/BCR-ABL1更加恶劣,表现为,小鼠的生存周期更短、脾脏中的白血病细胞浸润率更高、肝脏肿大更明显。本文研究了Csf3r基因缺失后对HSCs的增殖、分化以及重建造血系统等多个功能的影响,并积极探索了Csf3r-/-对BCR-ABL1+慢性髓系白血病的影响。目前,科学界多关注GCSF-GCSFR信号通路对造血干细胞动员上的影响,但对造血干细胞功能的影响鲜有报道,因此,我们的研究将补充这一空白,并为进一步探索由于Csf3r缺失而引起造血系统紊乱的分子机制提供了坚实的基础。
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